LED硅膠失效解析

　　背景：客戶(hù)送檢之LED焊接后，用于封裝的有機(jī)硅樹(shù)脂開(kāi)裂，客戶(hù)要求尋找開(kāi)裂原因。

　　樣品：失效樣品4條，同批次正常樣品17pcs，有機(jī)硅樹(shù)脂2管。

　　分析方法：

　　開(kāi)裂部位觀察 —— 有機(jī)硅樹(shù)脂參數(shù)測(cè)試 —— 模擬實(shí)驗(yàn) —— 結(jié)論

1.開(kāi)裂部分觀察

　　（1）開(kāi)裂部位集中于封膠中心部位，且多位于晶片焊點(diǎn)周?chē)?，封膠邊緣部位無(wú)裂紋產(chǎn)生；

　?。?）開(kāi)裂部位從封膠表面至底部都存在；

　?。?）通過(guò)切片觀察，發(fā)現(xiàn)失效與未失效LED的有機(jī)硅樹(shù)脂與散熱片的結(jié)合部位存在縫隙，此縫隙不是焊接過(guò)程造成的，而是封膠過(guò)程中造成，屬于結(jié)合不良。

失效樣品表面光學(xué)檢查

　　開(kāi)裂部位觀察

2.有機(jī)硅樹(shù)脂參數(shù)測(cè)試

　　通過(guò)對(duì)有機(jī)硅樹(shù)脂性能參數(shù)的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)各參數(shù)基本符合產(chǎn)品規(guī)格書(shū)要求。

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　　玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、線膨脹系數(shù)測(cè)試曲線（- 30℃至290℃，升溫速率 5℃/min）

　　3.模擬實(shí)驗(yàn)

　　方法：模擬回流焊焊接溫度，對(duì)同批次未失效樣品及焊接后未失效樣品進(jìn)行加熱、冷卻，觀察有機(jī)硅樹(shù)脂的開(kāi)裂情況。

　　結(jié)果：

　　1.對(duì)同批次未失效樣品在260℃下加熱10s-20s后，觀察到大部分LED的有機(jī)硅樹(shù)脂開(kāi)裂，裂紋形貌同焊接后失效樣品的裂紋形貌相同。

　　2.對(duì)焊接后未失效樣品在260℃下加熱20S-30S左右后，觀察LED的有機(jī)硅樹(shù)脂都基本開(kāi)裂，裂紋形貌同焊接后失效樣品的裂紋形貌相同。

260℃下加熱10-30S后有機(jī)硅樹(shù)脂開(kāi)裂圖片

　　4.結(jié)論

　　1）通過(guò)觀察已失效樣品的裂紋表面形貌和截面形貌，發(fā)現(xiàn)裂紋多集中于LED封膠中心部位，且晶片焊點(diǎn)部位裂紋最為嚴(yán)重，LED封膠四周未發(fā)現(xiàn)有裂紋存在。裂紋從封膠的表面至底部（與散熱片接觸處）都存在。通過(guò)觀察同批次未失效樣品有機(jī)硅樹(shù)脂封膠的截面形貌，發(fā)現(xiàn)失效樣品與同批次未失效的樣品在有機(jī)硅樹(shù)脂與散熱片之間都存在大量的縫隙，此縫隙可能是在封裝工藝過(guò)程中晶片表面存在污染物或封膠與散熱片間存在氣體不能散逸出去而造成。

　　2）通過(guò)對(duì)未使用的有機(jī)硅樹(shù)脂進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，結(jié)果顯示有機(jī)硅樹(shù)脂的參數(shù)基本上與其規(guī)格書(shū)上的參數(shù)相近。由于LED封裝中對(duì)使用的有機(jī)硅樹(shù)脂的技術(shù)參數(shù)無(wú)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，故無(wú)法判斷此有機(jī)硅樹(shù)脂的參數(shù)是否合格。

　　3）通過(guò)模擬焊接溫度對(duì)LED中的有機(jī)硅樹(shù)脂進(jìn)行加熱試驗(yàn)，結(jié)果顯示LED中的有機(jī)硅樹(shù)脂在30s內(nèi)基本都會(huì)開(kāi)裂，且開(kāi)裂的部位與形貌與失效樣品的開(kāi)裂部位和形貌相似。

　　綜上所述，造成LED中有機(jī)硅樹(shù)脂開(kāi)裂的原因可能為L(zhǎng)ED封裝后殘留在封膠中的應(yīng)力不能釋放造成的，可以通過(guò)對(duì)封裝后的LED進(jìn)行橫溫保存來(lái)釋放應(yīng)力。同時(shí)改善封裝工藝中晶片與有機(jī)硅樹(shù)脂的結(jié)合性，減少縫隙的產(chǎn)生，使焊接過(guò)程中有機(jī)硅樹(shù)脂中產(chǎn)生的熱量可快速散出，有機(jī)硅樹(shù)脂中的熱量不能快速散出也是造成其開(kāi)裂的部分原因。

　　總結(jié)：LED封裝膠開(kāi)裂原因分析及解決方案

　　原因一、封裝膠與芯片、金屬框架的線膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在焊接時(shí)冷熱溫差較大，導(dǎo)致開(kāi)裂。這可通過(guò)顯微分析觀察包封層與框架粘接處是否脫離進(jìn)一步驗(yàn)證。

　　解決方案：在原有封裝膠的配方中加入可降低線膨脹系數(shù)的助劑，或者選擇膨脹系數(shù)較小的封裝膠配方。

　　原因二、封裝膠導(dǎo)熱性能太差，焊接時(shí)，受熱不均勻?qū)е麻_(kāi)裂。

　　解決方案：在原有封裝膠的配方中加入導(dǎo)熱性能較佳的的助劑，或者選擇較佳熱導(dǎo)率的封裝膠配方。

　　原因三、封裝膠在固化時(shí)，沒(méi)有實(shí)施疏散內(nèi)應(yīng)力的固化程序，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力過(guò)大，焊接時(shí)，冷熱溫差變化較大引起開(kāi)裂。

　　解決方案：封裝膠固化后，再進(jìn)行合理的升溫、降溫程序，疏散封裝膠的內(nèi)應(yīng)力。

　　原因四、焊接時(shí)，溫度變化太快，導(dǎo)致封裝膠開(kāi)裂。

　　解決方案：改變焊接工藝，使溫度升高及降低過(guò)程更加緩和。

　　原因五、焊接時(shí)，封裝膠受熱不均勻，導(dǎo)致開(kāi)裂。

　　解決方案：改變焊接工藝，使整個(gè)部件均勻受熱。

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